一種基于精確小數分頻適應任意數據碼流的數據插入方法技術

本發明專利技術提供的是一種基于精確小數分頻的在原始數據碼流中實現等間隔的數據插入的方法。該方法實現對信號碼流的數據插入，可以解決數字信號傳輸過程中通道狀態監測、管理信息傳輸等多方面的問題。本方法不受原始數據碼流通信協議的限制，理論上適用于所有數字信號。本方法能夠根據原始數據碼流的時鐘速率、插入字節的長度、插入周期等數值精確計算出并生成插入數據后的碼流速率；在接收端，采用同樣的計算方法，提取出插入的管理信息并還原原始的數據碼流。整個過程在保證原始數據碼流精確傳輸的基礎上完成額外管理信息交換，且無論是包含插入字節的線路碼流或接收端恢復后出的原始數據碼流，均保證了時鐘頻率的穩定平滑，保證了數據收發的穩定性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及數字信號處理領域，特別涉及繼電保護信號通信中高頻信號的傳輸及時鐘平滑技木。
技術介紹
隨著數字信號傳輸介質的不斷普及，數字信號傳輸技術在電力系統中的應用日益廣泛，在某些特定應用場景中(如縱差繼電保護信號傳輸)，受限于通信協議的特殊性及多樣性，對通信通道質量的監測技術上實現比較困難。本專利提出了一種不受通信協議限制的數字信號數據插入技術，為通信通道質量監測及管理信息的傳輸，提供了有力的支持。
技術實現思路
I)本專利技術提供的是ー種基于精確小數分頻的在原始數據碼流中實現等間隔的數據插入的方法。原始數據碼流經過該方法的處理之后，在其中以穩定的時間周期插入固定長度及格式的管理控制字節，并以新的發送頻率發出，在接收端，對線路數據進行檢測，將插入字節提出，同時還原原始數據碼流及數據頻率。通過該方法，實現對信號碼流的數據插入，可以解決數字信號傳輸過程中通道狀態監測、管理信息傳輸等多方面的問題。其效果示意圖如圖I所示 2)本方法與傳統的數據插入方式不同之處在于，傳統的數據插入方式一般基于成幀數據或者特定協議的數據碼流。數據處理模塊根據原始碼流特征，選擇恰當的方式，在原始碼流的空白或者無效字節位置插入額外的控制字節，在接收端檢測控制字節并提取，從而還原出原始數據碼流。該方法存在著一些弊端 a)該插入方法只對成幀或者特定數據格式的原始數據碼流有效，適用范圍有限；b)可插入的數據長度受到原始數據格式的限制，從ー方面也弱化了控制字節插入對數據通道的監控管理功能。本方法不受原始數據碼流通信協議的限制，理論上適用于所有數字信號。本方法能夠根據原始數據碼流的時鐘速率、插入字節的長度、插入周期等數值精確計算出并生成插入數據后的碼流速率；在接收端，采用同樣的計算方法，提取出插入的管理信息并還原原始的數據碼流。整個過程在保證了原始數據碼流精確傳輸的基礎上完成了額外管理信息的交換，且無論是包含插入字節的線路碼流或接收端恢復后出的原始數據碼流，均保證了時鐘頻率的穩定平滑，保證了數據收發的穩定性。本方法的主要步驟如圖2所示，具體過程如下 I)首先以內部高頻晶體為基準對原始數據碼流進行信號采樣，提取出原始數據碼流的發送頻率，利用該發送時鐘讀取原始數據碼流的數據內容，讀出的數據按照先入先出的原則進入發送緩存區中，假設原始數據頻率為‘所采用的高頻晶體頻率為fH，當二者之間滿足關系時，可以得到精度較高的提取頻率fo。2)根據額外插入數據的長度、周期值計算出發送端的發送頻率も。為保證發送端頻率與原始數據碼流頻率的相關性，發送端頻率も應以數據碼流原始發送時鐘fo為基礎產生，這里選擇對提取頻率も進行N倍頻后再小數分頻的方式生成發送頻率。具體計算公式如下 設額外插入數據的頻度為每秒X字節，則も與も應滿足關系 fi=f0+X 設fo倍頻參數為N,小數分頻的參數為M,有 も=ち_) 結合兩者，小數分頻系數為 M=N[1+(X/ f0)] 其中，N為小數分頻的整數部分，而X/も為其小數部分，通過調整小數部分數值可以提高分頻的精度；根據計算出的分頻系數，通過倍頻分頻模塊可以生成線路發送頻率も； 3)額外數據的插入過程在數據碼流緩存區中完成，采用了ー個指針逼近的處理方法，指針逼近的方式如圖3所示。發送緩存區總長度為每秒插入字節長度的兩倍(即2X)，數據讀寫定位采用循環指針的方式，原始碼流數據以fo的速率以從左向右的順序寫入緩存區中，當fo指針指向緩存區一半的位置時，發送指針開始同向啟動，并以も的速率將其指針指向的緩存位置中的數據順序發送。由于二者指針速率存在fi> f。的關系，因Ifi指針位置將逐步逼近f。指針位置。當fo指針與も指針重合時，進行一次額外字節插入操作此時發送指針も暫停計數，直接發送長度為X的管理控制字節，而緩存寫入指針も繼續前迸。因此，當數據插入完成后，f指針與f。指針之間的位置差值又拉長為起始時的X，重復以上過程，完成額外字節插入。由于も，fo的速差恒定，因此每次插入數據的周期也是恒定的，確保了周期穩定的額外數據插入操作，經過額外數據插入處理的數據碼流以も的數據速率發送到對端接收端。4)在接收端對插入了管理控制字節的數據碼流進行數據提取及原始數據恢復，是數據插入的反操作，示意圖如圖4。與輸出插入操作不同，數據提取緩存的是可變長度的先入先出(FIFO)緩存，長度范圍為0-2X，寫入緩存的碼流速率為も，容易知道，數據提取后理想狀態下的碼流速率應與原始碼流相同為f。，在實際處理中可以通過逐步調整得到，設實際處理中提取后碼流速率為f2，f2可以通過小數分頻器進行調整，f2初始值滿足條件f\>f2且f2通過調整小數分頻器使其近似等于ち。帶有額外字節的碼流以も的速率從左至右寫入緩存區，緩存區第0到第X單元為額外插入字節檢測窗，其運行過程如下 a)碼流以も速率寫入緩存區，當緩存區長度等于X/2吋，開始以f2的頻率以先入先出的方式輸出緩存數據。由于f\>f2，緩存長度會不斷變長； b)當檢測窗ロ檢測到額外插入數據后，緩存區直接將這部分長度為X的數據提出，同時緩存長度縮短為當前長度減去X ；c)由于近似滿足了 f\=f2+X的關系，因此緩存長度的變化被限制在了 0-2X之間； d)記錄每次窗ロ檢測出插入數據時緩存區長度L，通過其數值變化可以分析出ち、f2之間的關系，通過調整小數分頻參數，使得L保持穩定，可以得到比較精確的提取頻率f2。附圖說明圖I數據插入效果示意圖 圖2數據插入主要步驟過程圖 圖3指針逼近的緩存插入方式 圖4接收端數據提取流程圖 圖具體實施方式。具體實施例方式 本專利技術的具體應用場景如圖5所示，在ー對需要雙向通信的用戶設備之間，在兩端各安裝一臺本設備，原始信號通過本設備處理插入管理控制字節后，再進入傳輸線路傳輸，數據到達對端后，通過本設備將線路數據中的插入字節提出，還原出原始數據送到用戶設備。通過分析提取出的額外字節的質量及數據，可以實現在不破壞原始數據碼流基礎上對通信 通道的監測及管理。本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.ー種基于精確小數分頻的在原始數據碼流中實現等間隔的數據插入的方法，包括以下步驟 1)首先以內部高頻晶體為基準對原始數據碼流進行信號采樣，提取出原始數據碼流的發送頻率，利用該發送時鐘讀取原始數據碼流的數據內容，讀出的數據按照先入先出的原則進入發送緩存區中； 2)根據額外插入數據的長度、周期值計算出發送端的發送頻率； 3)采用了ー個指針逼近的處理方法在數據碼流緩存區中完成額外數據的插入過程； 4)在接收端對插入了管理控制字節的數據碼流進行數據提取及原始數據恢復。2.根據權利要求I所述的ー種基于精確小數分頻的在原始數據碼流中實現等間隔的數據插入的方法，其特征在于本方法不受原始數據碼流通信協議的限制，理論上適用于所有數字信號。3.根據權利要求I所述的ー種基于精確小數分頻的在原始...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁鼎，焦群，張宇新，解翀，
申請(專利權)人：國網電力科學研究院，南京南瑞集團公司，
類型：發明
國別省市：